24
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ РАЗЛИЧНОГО ТИПА
Цель: определить и исследовать вольт-амперные характеристики (ВАХ) солнечной батареи в зависимости от нагрузки.
Теоретические сведения
Вольт-амперная характеристика — зависимость тока проходящего через цепь от напряжения на этой цепи [10]. Описывает поведение цепи на постоянном токе. А также функция выражающая (описывающая) эту зависимость. А также - график этой
функции. Чаще всего рассматривают ВАХ нелинейных элементов (степень |
|
нелинейности определяется коэффициентом нелинейности β = UI · dUdI |
поскольку |
для линейных элементов ВАХ представляет собой прямую линию (описывающуюся законом Ома) и не представляет особого интереса. Солнечный модуль может работать при любой комбинации напряжения и тока. Однако в реальности модуль работает в одной точке в данное время. Эта точка выбирается не модулем, а электрическими характеристиками цепи, к которой данный модуль (или солнечная батарея) подключен.
Напряжение, при котором ток равен 0, называется напряжением холостого хода (XX). С другой стороны, ток, при котором напряжение равно 0, называется током короткого замыкания (КЗ). В этих крайних точках ВАХ мощность модуля равна 0. Лучше сочетание называется точкой максимальной мощности. Напряжение и ток в данный момент времени обозначаются как U и I. Для этой точки определяются мощность и КПД солнечного модуля.
25
Ход работы
Подготовка установки к работе:
Подключить один из модулей солнечных батарей к блоку управления (рисунок 1.4
ЛР1).
Установить солнечные батареи в вертикальное положение.
Разместить блок освещения напротив солнечных батарей исследуемого модуля.
При работе прожекторов солнечные батареи могут нагреваться до высоких
температур, поэтому расстояние между прожекторами и поверхностью солнечных батарей не должно быть менее 0,5м. Следует учитывать, что максимальная температура работы солнечных батарей не должна превышать 80 °С (см. паспорт солнечных батарей).[3]
При сравнении различных солнечных элементов в качестве стандарта
используется спектр излучения, соответствующий атмосферной массе AM1.5 нормализованный на суммарную плотность излучения 1 кВт/м2.
В таблицу 3.1 занести данные исследуемой батареи. Таблица 3.1 – Параметры батареи.
Параметр |
|
Ед. изм. |
Значение |
|
|
|
|
Тип батареи |
|
- |
ТСМ-80А |
|
|
|
|
Тип фотоэлементов |
|
- |
монокристаллические |
Габаритная площадь |
|
мм |
770х675 |
Площадь фотоэлементов |
солнечной |
м2 |
|
батареи |
|
|
|
|
|
|
Включитьпитаниеблокауправления.Проверитьработутермометров Т1, Т2. Подключить питание блока освещения.
Включить обе секции прожекторов (автоматические выключатели в щитке блока освещения).
Установить блок освещения параллельно плоскости солнечных батарей на требуемое расстояние (рекомендуемое расстояние для данной работы 0,6...0,7 м). Расстояние L отразить в таблице 3.2.
26
Определение характеристик:
Используя измеритель плотности теплового потока (если имеется) определить плотность потока излучения на поверхности батареи BL1 (см. рисунок 1) в четырех секторах. Данные занести в таблицу 2.
Используя люксметр определить освещенность поверхности батареи BL1 (см. рисунок 1) в четырех секторах. Данные занести в таблицу 3.2.
Рассчитать средние значения плотности излучения и освещенности на поверхности батареи.
Таблица 3.2 – Освещенность и интенсивность излучения на
монокристаллической батарее
Расстояние L между блоком освещения и солнечной |
м |
|
||
батареей |
|
|
||
Измеренная плотность излучения, Вт/м2 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Среднее значение интенсивности излучения |
Вт/м2 |
|
||
Измеренная освещенность, лк |
|
|
||
|
|
|
||
|
|
|
||
Среднее значение освещенности |
лк |
|
||
27
Рисунок 3.1 – Монокристаллическая батарея
Собрать на панели блока управления схемы как показано на рисунках 3.2, 3.3.
Рисунок 3.2 |
Рисунок 3.3 |
Провести опыт холостого хода (рисунок 3.4). При правильном подключении модуля прибор PV1 должен измерять напряжение холостого хода батареи BL1. При необходимости проверьте правильность подключения. Измеренное значение напряжение занести в таблицу 3.3.
Подключить нагрузку к выходу солнечной батареи (рисунок 3.5).
Провести серию опытов постепенно увеличивая нагрузку. Данные занести в таблицу 3. В таблице 3 в столбце «Нагрузка» приведены номера (для примера) положений переключателя ступенчатой резистивной нагрузки R1.
28
Последовательность переключения ступеней нагрузки, а также необходимость
введения в цепь нагрузки дополнительных сопротивлений R1 и R2 должна определятся для каждого опыта исходя из условий освещенности для получения достаточного количества экспериментальных точек исследуемой характеристики.
Рисунок 3.4 – Холостой ход |
Рисунок 3.5 - Резистивная нагрузка |
Рисунок 3.6 - Короткое замыкание
Провести опыт короткого замыкания (рисунок 3.6). Данные занести в таблицу 3.3. Выключить прожекторы. Отодвинуть блокосвещения на 1,5...2 мот солнечных
батарей.
29
Таблица 3.3 – Вольт-амперные характеристики в зависимости от нагрузки
|
|
Измерено |
|
|
Вычислено |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U |
I |
P |
I% |
Р% |
η |
Нагрузка |
В |
А |
Вт |
- |
- |
- |
ХХ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
11 |
|
|
|
|
|
|
КЗ |
|
|
|
|
|
|
По данным таблицы 3.3 определить максимальный ток и мощность батареи. Данные занести в таблицу 3.4.
Рассчитать плотность (8) облучения и КПД (7).
Параметры |
батареи |
из |
Обозначение |
Ед. изм. |
Величина |
таблицы 3.3 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
максимальный ток |
|
Im |
А |
|
|
максимальная мощность |
|
Pm |
Вт |
|
|
|
|
|
|
||
плотность облучения по (8) |
Ip |
Вт/м2 |
|
||
|
|
|
|
|
|
максимальный КПД по (7) |
|
ηm |
- |
|
|
Таблица 3.4 – Максимальные характеристики батареи
Относительная ток батареи:
I% = Im |
(4) |
30
Относительная мощность батареи:
|
|
|
P = m |
(5) |
|
|
|
|
P |
|
|
КПД солнечной батареи в зависимости от мощности: |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
η = ηm |
Pm |
(6) |
|
Расчетный максимальный КПД: |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
S · IG(AM1.5) |
(7) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
||
Pn |
Вт |
номинальная мощность (паспортная) |
|
||
S |
м2 |
площадь фотоэлементов солнечной батареи или |
габаритная |
||
площадь |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
IG |
Вт/м2 |
суммарная плотность излучения, |
|
||
для атмосферной массы AM1.5 равная 1 кВт/м2. |
|
||||
Плотность облучения:
Im = IG(AM1.5) · |
Pn |
(8) |
Построить следующие характеристики: U=f(I), I=f(U), P=f(U), n=f(U). Построить совмещенную характеристику батареи в относительных единицах:
I%=f(U), P%=f(U), n=f(U), (рисунок 3.7).
31
Рисунок 3.7 – График зависимости силы тока, мощности,
КПД от напряжения ВАХ
Присоединить к блоку управления второй модуль солнечных батарей. Повторить опыты для солнечных батарей с поликристаллическими солнечными
элементами.
Выключить питание. Разобрать схемы на панели блока управления.
Контрольные вопросы
1.Что такое вольт-амперная характеристика?
2.Что такое напряжение холостого хода?
3.Что такое короткого замыкания?
4.Какова максимальная температура солнечных батарей?
5.Чему равна в крайних точках ВАХ мощность модуля?
Вотчете предоставить:
1.Титульный лист.
2.Цель работы.
3.Ход работы.
4.Расчеты (если есть).
5.Графики.
32
6.Ответы на вопросы.
7.Выводы.